防空导弹网络化体系作战效能评估指标与验证方法*

赵文婷

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

随着地空导弹网络化作战技术的研究，网络化作战体系在对抗干扰、隐身、超低空、反辐射导弹(antiradiation missile，ARM)目标和饱和攻击方面都有明显的作战优势。在地空导弹网络化作战中，应用了信息支援等网络化作战模式，这些作战模式是否适合国内实际情况，武器系统抗干扰、反巡航效能可以提高多少，网络化作战系统综合作战效能可以提高多少，类似问题尚未得定量并且可信的结论。故需针对网络化作战体系效能评估需求，提出适应于网络化作战效能评估的指标体系与验证方法［1］。

1 国外研究情况

美国在20世纪60年代提出了武器效能作为评估武器的综合指标，建立了多种评估模型，并且成功应用于各种武器装备各个研制阶段的分析评估，为美国进行武器研制、采购等决策提供了有力的依据。常用的有4种武器系统效能评估模型［2］。

(1)美国工业界武器系统效能咨询委员会(weapon system effectiveness industry advisory committee，WSEIAC)于1965年提出的系统效能模型为

式中:ET为系统效能行向量;AT为可用度行向量，是系统在开始执行任务时所处状态的度量;D为可信度矩阵;C为能力矩阵，表示在执行任务过程中系统所处的状态，已知时系统完成规定任务能力的度量［3］。

(2)美国海军的系统效能模型为

式中:E为系统效能;P为系统性能指标，即假设在系统有效度和性能利用率为100%的条件下，系统能力的数值指标;A为系统的有效度指标，即系统作好战斗准备，能圆满完成规定任务程度的数值指标;V为系统的利用率指标，即在执行任务时，系统性能被利用程度的数值指标［4］。

(3)美国航空无线电研究公司(aeronautical radio INC，ARINC)的系统效能模型为

式中:PSE为系统效能;POR为当系统开始工作时，系统正常工作或作好战斗准备的概率;PMR为在执行任务说要求时间内，系统持续正常工作的概率;POA为系统在设计要求范围内工作时，顺利完成其规定任务的概率。

(4)美国陆军导弹的系统效能模型为

式中:EFF为系统效能;AO为作战的可用性;PDC为系统发现、鉴别、传送目标信息的概率;PKSS为单发毁伤概率。

2 防空导弹体系作战效能评估指标体系

2.1 效能指标体系构建准则

(1)客观性

要能客观实际反映要素实际值与评价值的对应关系。

(2)整体性

从整体的角度考虑单项指标与其他指标的关系。指标体系要能覆盖武器装备的整体性能，特别是影响发展趋势的重要指标。

(3)可行性

便于理解和统计。充分考虑各项指标的数据来源，尽量采用定量方式描述，不能定量描述但确实重要的指标不能回避定性描述，但要控制数量。

(4)动态性

设置指标时，充分考虑完成任务中的动态变化情况。

(5)可比性

指标体系应能在不同时间、不同地点进行比较和对照，以反映和判定武器装备在不同时空条件下的运行状态。

(6)简洁性

尽量采用具有代表性的指标作为评价尺度，避免包罗万象，繁琐复杂。

(7)适应性

能够适应单一装备效能评价，又能够对防空体系进行效能评价。

2.2 作战效能评估主要影响因素分析

影响防空体系效能因素很多，需要充分考虑双方的编成、战术以及环境对体系效能的影响。在给定双方作战条件下，防空体系作战效能主要包括4个指标:抗击效能、保护效能、生存能力和体系适应能力［2，5］。

2.2.1 抗击效能

抗击效能指防空体系在给定条件下击毁空中目标数与其价值的均值，综合反映了防空导弹体系的探测、指控、发射、制导和毁伤等能力以及空中目标对保卫目标和防空体系的空袭价值。根据作战任务分析，影响体系抗击效能的主要因素有探测能力、通信能力、指挥控制能力和攻击杀伤能力［6］。

(1)探测能力

探测能力考虑的因素主要包括:

1)探测器有效概率;

2)探测器可探测概率;

3)目标发现距离;

4)目标发现概率;

5)目标稳定跟踪距离和概率;

6)目标跟踪精度;

7)航迹融合精度;

8)航迹融合处理有效率;

9)航迹更新时间。

(2)通信能力

通信能力考虑的因素主要包括:

1)通信网络连通概率;

2)信息传输容量;

3)通信带宽利用率;

4)通信传输误码率;

5)通信传输延时。

(3)指挥控制能力

指挥控制能力考虑的因素主要包括:

1)态势共享与处理能力;

2)资源管理能力;

3)辅助决策能力;

4)协同作战能力。

(4)攻击杀伤能力

攻击杀伤能力主要考虑的因素包括:

1)装备可发射制导导弹有效概率;

2)导弹单发杀伤概率;

3)目标杀伤概率;

4)多目标杀伤概率;

5)目标杀伤有效率。

2.2.2 保护效能

保护效能指防空体系在给定条件下保卫地(水)面目标的完好程度，表征在防空体系抗击下使保护目标在空袭中免受伤害的能力，也可以称为防空效能。影响体系保护效能的主要因素有空袭目标突防能力、突防空袭目标的杀伤能力、保卫目标重要程度及易损性［7］。

(1)空袭目标突防能力

主要考虑的因素包括:

1)空袭目标的不被杀伤概率;

2)空袭目标成功投放空袭武器概率;

3)空投武器不被杀伤的概率。

(2)突防空袭目标的杀伤能力

主要考虑的因素包括:

1)空袭目标携带弹药量;

2)发现保卫目标的概率;

3)空袭目标攻击精度;

4)空投武器的攻击精度。

(3)保卫目标重要程度及易损性

主要考虑的因素包括:

1)保卫目标重要程度;

2)保卫目标幅员特性(点、面目标等);

3)目标的易损性。

2.2.3 生存能力

生存能力指防空体系在遭受攻击后继续作战的能力。在现代防空作战中，一次防空作战时间不长，而且空袭目标强度大，一般各功能单元受损后来不及维修，故在下面防空体系生存能力研究中不考虑维修问题。影响生存能力的主要因素包括防空体系各设备被毁伤概率和毁伤后对防空体系的影响［8］。

(1)空袭目标毁伤防空装备的概率

1)空袭目标不被杀伤的概率;

2)空袭目标成功投放空袭武器的概率;

3)空袭武器不被杀伤的概率;

4)有效发现防空装备概率;

5)空袭武器攻击精度。

(2)防空装备毁伤对防空体系的影响(可用执行作战任务的比例计算)

1)发射车的影响;

2)相控阵雷达的影响;

3)火力单元指控的影响;

4)战术单位指控的影响;

5)地域通信节点及通信网络的影响。

2.2.4 体系适应能力

GJB 4239《装备工程通用要求》中明确规定，装备环境适应能力是“装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和不被破坏的能力，是装备的重要质量特性之一”。该定义重要强调的是装备适应极端自然环境的能力。防空体系适应能力是指防空导弹体系对各种作战环境和作战态势的适应能力，反映防空导弹体系在不同作战环境和作战态势条件下能够保持较高的作战效能的能力，并不包含装备环境适应能力。

防空体系适应能力的作战环境特指作战空间中的电磁环境与自然环境，主要体现防空体系通过网络化作战提高了对电磁环境与自然环境的适应能力，例如网络化可以提高对隐身目标、干扰目标的探测能力，可以克服地形遮蔽对探测的影响。

体系适应能力是一项综合指标，与抗击效能、目标特性有密切的关系，根据网络化作战要求，重点可用抗干扰能力、反巡航能力、反隐身能力衡量。

2.3 作战效能评估指标体系层次结构

根据以上因素分析，可构建防空体系作战效能评估指标体系层次结构如图1。

3 体系作战效能评估仿真验证方法

目前单平台防空导弹效能评估是通过杀伤区与杀伤概率进行分析，防空导弹体系作战效能评估方法有解析法、统计法和仿真法。解析法是利用数学表达式反映各作战要素与效能指标之间的关系，这种方法往往有许多假设条件和依赖作战试验或作战仿真结果，而且有许多作战因素目前还无法建立与效能指标之间的数学表达式，其可信性难以提高。统计法需依据实战、演习、试验获得的大量统计资料评估效能指标，因此，不适用于预研阶段的体系效能评估。仿真方法可以较详细地考虑影响作战过程的诸多因素，通过仿真系统和仿真实验，给出效能指标评估值，适合于武器系统和作战方案效能指标的预测评估。

3.1 仿真验证总体设计

通过设计全数字仿真系统，采用攻防对抗仿真的方法评估防空体系网络化作战效能。为验证网络化作战效能验证，全数字仿真系统需支持传统以平台为中心作战和网络化作战2种模式下的作战效能仿真试验，通过比较，给出作战效能。为确定系统作战效能受参数变化的影响，全数字仿真系统还应支持系统能力指标灵敏度分析，给出实战条件要素对作战能力影响的定量结果［9］。

图1 作战效能评估指标体系层次结构Fig.1 Effectiveness measurement indexes system hierarchical structure

全数字仿真总体工作思路见图2。以作战需求为出发点，通过体系作战效能指标分析给出作战效能评估模型，通过装备建模需求分析给出装备模型，通过作战需求分析给出仿真场景想定，在上述工作基础上开展全数字仿真试验。通过多次仿真试验，进行系统能力指标灵敏度分析，从定量的角度给出影响作战效能的因素。对效能影响因素逐一分析，确定对效能影响较大的关键因素，抛弃一些影响不大的次要因素，通过反复多次的仿真试验不断调整和修正设计方案，从而调整效能评估模型。通过多次试验分析，分析需求与试验方案、想定的匹配性，从而优化调整试验方案。

3.2 作战效能试验设计方案

针对防空导弹网络化作战的优势，可将体系作战效能验证试验分为3类:一是单一目标单项作战效能验证试验，重点强调体系对抗特殊目标的能力;二是作战效能整体验证试验，重点强调体系在复杂战场环境下，对抗饱和攻击的能力、对保卫目标、自身武器装备的保护能力和体系适应能力;三是网络化作战效能影响因素分析试验，分析各因素对作战效能的影响，修正效能评估模型［10］。

(1)单项作战效能验证试验

单项作战效能验证试验主要是验证在相同部署配置条件下，传统防空体系和网络化防空体系对抗特殊目标的抗击效能，仿真时需按照抗击效能指标记录对不同参数干扰目标的雷达发现距离、跟踪距离、识别概率，目标威胁评定和目标分配，对目标拦截距离、拦截次数等数据，从而计算针对干扰目标的抗击效能。试验项目主要包括:

1)对干扰目标抗击效能验证

重点验证传统和网络化防空体系对自卫干扰、远距离支援干扰、随队干扰、箔条干扰等干扰目标进攻下的抗击效能，给出网络化抗干扰效能提高的倍数，同时计算网络化模式下拦截干扰目标的薄弱环节，给出进一步提高效能的建议。

2)对低空/超低空目标抗击效能验证

重点验证传统和网络化防空体系对低空突防飞机、超低空飞机、巡航导弹等目标进攻下的抗击效能，给出网络化反巡航效能提高的倍数，同时计算网络化模式下拦截超低空目标的薄弱环节，给出进一步提高效能的建议。

3)对隐身目标抗击效能验证

重点验证传统和网络化防空体系对低空突防飞机、超低空飞机、巡航导弹等目标进攻下的抗击效能，给出协同跟踪反隐身效能提高的倍数，同时计算网络化模式下探测、拦截隐身目标的薄弱环节，给出进一步提高效能的建议。

4)对ARM目标抗击效能验证

重点验证传统和网络化防空体系对抗ARM目标的抗击效能和自身的生存能力。

5)对普通作战飞机抗击效能验证

验证传统和网络化防空体系对抗普通作战飞机时的抗击效能。

(2)作战效能验证试验

作战效能验证试验重点是验证大规模对抗模式下和饱和攻击下防空导弹体系的抗击效能、保护效能、生存能力和体系适应能力。

图2 效能仿真验证总体设计Fig.2 Effectiveness simulation system design

空袭体系可由普通战斗机、隐身飞机、巡航导弹、干扰机以及机载反辐射导弹、空地导弹等武器组成。普通战斗机、隐身飞机、干扰机每批次可按4，8，16架设置，每架飞机携带4～6枚反辐射导弹或空地导弹。巡航导弹可按每批次6，12，24枚设置。目标进入方向可分采用前方正面1～2个方向进入、全向方向进入的方案［11-12］。

防空体系可根据保卫目标范围配置6～10个火力单元，采用远、中、近拦截武器搭配的分层布防，并按照需求配置相应的预警雷达和目标指示雷达，分别对应平台中心体系结构和网络化体系结构。

试验时按照效能指标记录所有作战过程数据，试验后进行数据分析，计算抗击效能、保护效能、生存能力和体系适应能力。

(3)网络化作战效能影响因素分析与模型修正试验

通过上述试验结果分析目标变化和网络化体系结构对作战效能的影响。在空袭体系固定的条件下，影响效能的因素有很多，装备性能、装备配置、部署、装备间配合等。不同的作战条件下，这些因素对作战效能的影响并不相同。为确定哪些因素对网络化条件下防空体系作战效能影响最大，设计作战效能影响因素分析试验，试验可包括:

1)防空体系部署位置影响分析

固定空袭体系和防空体系配置型号，通过设计不同的部署方案，验证作战效能。

2)防空体系装备配置影响分析

固定空袭体系，通过设计不同的型号装备配置方案验证对效能的影响。例如未配置超视距拦截火力单元(含系留艇、浮空制导雷达装备)和配置超视距拦截火力单元对作战效能的影响分析。

3)指挥控制能力对作战效能影响分析

在网络化作战中，各防空装备需在统一指挥控制系统的协调管理下作战，指挥控制的效率、正确性严重影响防空体系作战效能。固定空袭体系和防空体系部署方案，通过设置不同的目标融合处理能力、目标分配方案、火力单元协同配合方案等测试指挥控制能力对作战效能的影响。

4)评估模型有效性验证试验

通过对效能影响因素逐一分析，确定对效能影响较大的关键因素，抛弃一些影响不大的次要因素，通过反复多次的仿真试验不断调整和修正设计方案，从而调整效能评估模型。

4 结束语

针对网络化体系相对传统体系作战效能提高的程度无法明确和量化的问题，本文提出了一套适应于传统作战和网络化作战防空导弹体系作战效能评估的指标体系，并给出网络化体系作战效能仿真验证的总体设计思路，给出评估想定设计要求和效能试验项目设计方案，可为防空导弹体系作战效能评估提供参考。但由于地空导弹网络化作战体系效能评估涉及的内容广泛而复杂，是个巨大的系统工程，许多问题有待进一步深入研究。

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